Расчетно-экспериментальное исследование работы децентрализованной системы отопления

Счетчик тепловой энергии

ЭнергомераЦЭ6803ВШ

Приборы для измерения и учета активной энергии в трехфазных трех- и четырехпроводных сетях переменного тока.

Характеристика прибора:

Класс точности: 1

Частота измерительной сети, Гц: 50±2,5 (60±3)

Максимальная сила тока*, А: 60; 100

Диапазон рабочих температур, °С : от -40 до 70

Габаритные размеры, мм : 143 x 170 x 52

Счетчик тепловой энергии

Меркурий 230 .

Приборы для измерения и учета активной энергии в трехфазных трех- и четырехпроводных сетях переменного тока.

Характеристика прибора:

· класс точности 0.5S, 1.0

· интерфейсы: RS-485; CAN, IrDA, PLC;

· Возможность подключения резервного питания Uрез= 5,5...9 В;

· Измерение мощности, токов, напряжений, частоты, cosfi;

· Встроенный модем PLC для передачи данных по силовой сети 220 В (в зависимости от модификации);

· Два стандартных гальванически развязанных телеметрических выхода ( DIN 43864), по одному на каждый вид энергии;

· Счётчики работают в сторону увеличения показаний при любом нарушении фазировки подключения токовых цепей;

Амперметр LIRRD DP6-AA

Амперметр - прибор измерения тока в цепях постоянного тока. Способ включения: c наружным калиброванным шунтом 75 ШС с калиброванными проводами

Технические характеристики:

* диапазон измерений: 0-2000 А;

* класс точности: 0.5;

* габаритные размеры прибора: 75x756x40 мм;

* Рабочая частота: 5 - 60Hz

* Скорость измерения 2.5 изм/сек.

*Питание: AC 220V

Вольтметр лабораторный LIRRDLRDP6-AV

Вольтметр лабораторныйLIRRDLRDP6-AV

предназначен для точных измерений напряжения, в цепях переменного и постоянного тока, а также для проверки менее точных приборов.

Технические характеристики:

? Класс точности 0,5;

? Диапазоны измерения напряжений: DCV 2,20,200,600 ?V (выбирается DIP переключателем)

?Входное сопротивление: >10MОМ

? Габаритные размеры 72 x 46.5 x 28mm.

3. ЭТАПЫ ТРАНСФОРМАЦИИ ТЕПЛОТЫ В ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ СИСТЕМЕ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

3.1 Аналитический расчет

3.1.1 Потребность в теплоте учебной аудитории

Методика расчета оператора (рис.2.1) заключается в использовании традиционной методики расчета теплопотерь помещения. Для того, чтобы математически смоделировать процесс теплопередачи, выпишем все необходимые для расчета формулы в табл. 4.2.

В данном разделе исследуются теплопотери лаборатории с учетом тепловыделений от людей, осветительных и технологических приборов, находящихся в помещении в рабочее и нерабочее время.

Примечания:

1.Приведенные сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, , определялись по СП 50.13330.2012 [6] и СП 23-101-2004 [16] (приведенное сопротивление теплопередаче полов на грунте рассчитывалось по отдельной методике, изложенной в [2] );

2.Коэффициенты теплопередачи для наружной стены и двойного окна определялись раздельно. Следует отметить, что для удобства расчетов площадь наружной стены принимают равной суммарной площади стены и окон, установленных в ней. В качестве коэффициента теплопередачи окон используют разность коэффициентов теплопередачи окон kок и наружной стены kнс (kок- kнс), Вт/(м2*0C). Аналогично рассматривают внутренние стены с дверями, разделяющими помещения, которые имеют разную расчетную температуру внутреннего воздуха. Наружную стену и расположенную в ней входную наружную дверь рассчитывают раздельно;

3.В расчете учитывались теплопотери через пол, расположенного на грунте. В соответствие с методикой расчета пол разбивался на зоны (т.к. площадь пола 20 м2и наименьшая сторона равна 4м, поэтому коэффициент теплопередачи определялся только для зоны I);

4.В расчете не учитывались теплопотери через внутренние стены и потолок, т.к. разница температур в данном и соседних помещениях не превышает 30С;

5.В исследуемом помещении удельный вентиляционный расход воздуха м3/(ч*чел) определялся расчетом.

6.В расчете принято количество человек в размере 10 людей.

7.Нормы минимального воздухообмена в лабораториях ВУЗов принимались из табл. 3 СТО НП «АВОК» 2.1-2008 [17].

8.В помещении отсутствует механическая приточная вентиляция с подогревом, следовательно, согласно [12], приток осуществляют за счет инфильтрации и проветривания в объемах, указанных в СП 50.13330.2012 [6], а потребность в теплоте на нагрев наружного воздуха учитывается в теплопотерях, компенсируемых системой водяного отопления.

9.Итоговые расчетные теплопотери должны быть компенсированы системой отопления в рабочие часыв остальное время должны компенсироваться итоговые расчетные теплопотери в нерабочее время (теплопотери без учета тепловыделений и вентиляционной нормы наружного воздуха).

Таблица 3.1 - Формулы для расчета теплообмена от ЭТГК в КП

Наим.величины	Формула для вычисления	Ед.изм.
1	2	3
Расчетные теплопотери в помещениях		Вт
Внутренние теплопоступления в помещение		Вт
Трансмиссионные теплопотери		Вт
Коэффициент теплопередачи ограждения конструкции
Потребность в теплоте на нагрев инфильтрационного воздуха		Вт
Удельный расход инфильтрационного воздуха	через окна, витражи, витрины, зенитные фонари, балконные двери	кг/(ч*м2)
	через входные наружные двери, ворота
Расчетная разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций		Па
Удельный вес воздуха	наружного	Н/м3
	внутреннего
Давление внутреннего воздуха	для зданий со сбалансированной системой механической вентиляции и равномерно распределенными по фасадам воздухопроницаемыми элементами	Па
	для зданий со сбалансированной системой механической вентиляции и неравномерно распределенными по фасадам воздухопроницаемыми элементами
Потребность в теплоте на нагрев вентиляционной нормы наружного воздуха		Вт
Расчетную температуру приточного воздуха (сухой нагрев в калориферах)		0С
Теплоотдача отопительных приборов в помещении	- учитывающий дополнительные теплопотери в приборах у наружных ограждающих конструкций; - коэффициент запаса поверхности нагрева отопительных приборов, позволяющий учесть компенсацию возможных теплопотерь через внутренние ограждения смежных помещений, в которых посредством термостатов поддерживается температура внутреннего воздуха ниже расчетной, или учесть прервывистый режим отопления в общественных зданиях (как правило 1…1,2), а так же необходимость в «сушке» стен в первые годы эксплуатации здании после окончания строительства; где - разность потребности в теплоте на нагрев наружного воздуха в целом на квартиру (исходя из нормы воздухообмена) и внутренних теплопоступлений в квартире, распределяемая пропорционально площади помещения квартиры, имеющих окна или воздухопропускные клапаны в стенах, Вт; - площадь n-го помещения, м2; - площадь помещения квартиры, имеющего окна или воздухопропускные клапаны наружного воздуха (кроме жилых помещений это могут быть кухни, ванные комнаты, с окном и т.д.), м2	Вт
Расчетная тепловая нагрузка на систему водяного отопления	- коэффициент учета дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счет округления сверх расчетной величины; принимают при отсутствии термостатов на отопительные приборы по таблице 3.7, при наличии= 1,0; - добавочные теплопотери на остывание теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, проложенных в неотапливаемых помещениях от места установки домового узла учета теплоты, Вт; определяют расчетом с учетом параметров теплоизоляции этих трубопроводов.	Вт
Расчетная тепловая нагрузка на систему воздушного отопления		Вт

В результате расчета получены следующие зависимости рисунок 3.1,3.2.

Рисунок 3.1- Динамика вопроизводства тепловой энергии при изменении температуры окружающей среды

Рисунок 3.2 - Динамика вопроизводства тепловой энергии при изменении температуры окружающей среды по дням недели

3.1.2 Расчет эффективности конвектора Комфорт 20-М

Благодаря тому, что конфигурация внутренней поверхности каждой накладки идентична конфигурации наружной поверхности трубопровода, на котором они закреплены, при полном сведении накладок между собой обеспечивается их плотное прилегание и прижатие к трубопроводу с теплоносителем, а, значит, - и максимальная теплоотдача конвектора. При максимальном разведении накладок относительно друг друга воздушные зазоры, выполняющие теплоизоляционную функцию между накладками и трубой теплопровода, которая является основанием нагревательного элемента навесного конвектора, становятся наибольшими, а его теплоотдача - минимальной и равной теплоотдаче только трубы нагревательного элемента.

Проведем расчет максимальной мощности теплоотдачи навесного конвектора с регулируемой теплоотдачей, ребра охлаждения у которого выполнены из тонких металлических пластин прямоугольной формы. В качестве расчетной модели такого конвектора принят прибор, нагревательный элемент которого по конструкции полностью идентичен нагревательному элементу конвектора марки «Комфорт-20» модели КСК20-0,655. Все технические и геометрические параметры конвектора «Комфорт-20» модели КСК20-0,655 приведены в таблице 3.31.

Алгоритм и результаты расчета основных тепловых характеристик принятой модели навесного конвектора с регулируемой теплоотдачей приведены в таблице 3.32 Расчет проведен для условия, при котором оребренные накладки максимально сдвинуты между собой, т.е. плотно прижаты к трубе нагревательного элемента конвектора.

Таблица 3.2 - Технические и геометрические параметры конвектора «Комфорт-20» модели КСК20-0,655

Наименование	Обозначение, единицы измерения	Значение
Общая длина конвектора	Lк, мм	826
Наружный диаметр трубы нагревательного элемента	d1, мм	26,8
Внутренний диаметр трубы нагревательного элемента	d2, мм	21,2
эквивалентный диаметр трубы нагревательного элемента	dэ, мм	19
длина оребренного участка трубы нагревательного элемента	Lор, мм	540,5
суммарная длина прямых участков неоребренной части трубы нагревательного элемента конвектора	lпр, мм	447,2
расстояние между осями соседних ветвей трубы нагревательного элемента,	lос, мм	80
длина загнутого участка (калача) трубы нагревательного элемента	lзаг,мм	125,66
длина прямолинейного участка одной ветви трубы нагревательного элемента конвектора	lв, мм	775,1
теплопроводность материала трубы нагревательного элемента (стали)	л1, Вт/(мЧєС)	45
длина трубы нагревательного элемента конвектора	L = 2Чlв + lзаг, мм	1675,86
Параметры съемной накладки, размещенной на нагревательном элементе выполненной из стальной трубы
наружный диаметр накладки	d3, мм	33,5
внутренний диаметр накладки	d4, мм	26,8
толщина стенки накладки	d5, мм	3,5
припуск на длину накладки	lн, мм	11
кинематическая вязкость горячего теплоносителя	mвод, с/м2	0,00000032
теплопроводность горячего теплоносителя	лвод, Вт/(мЧєС)	0,58
плотность горячего теплоносителя	rвод, кг/м3	1000
объемная теплоемкость горячего теплоносителя	Cвод, кДж/(м3ЧєС);	4189
удельная теплоемкость горячего теплоносителя	cвод, Дж/(кгЧєС).	4220
Параметры воздуха окружающей среды нагреваемого навесным конвектором
температура воздуха	tв, єС	20
кинематическая вязкость воздуха	mвоз, с/м2	0,0000001506
теплопроводность воздуха	лвоз, Вт/(мЧєС);	0,034
температурный коэффициент объёмного расширения воздуха	bвоз, єС-1.	0,003665
Параметры теплопровода системы отопления, выполненные из стали
наружный диаметр трубы	dн, мм;	26,8
внутренний диаметр трубы	dвн,мм	21,2
толщина стенки трубы	dстен,мм	2,8
средняя скорость горячего теплоносителя	wcр,м/с;	0,2833
расход горячего теплоносителя	Wв,кг/с	0,1
lтеплопроводность материала трубы (стали)	лтр, Вт/(мЧєС)	45
температура горячего теплоносителя на входе в трубу длиной lтр = 2,5м	tвx, єС	90
средняя величина падения температуры горячего теплоносителя на один этаж здания	tпад, єС	1,211
температура горячего теплоносителя на выходе из трубы длиной lтр = 2,5м	tвых = tвх - tпад,єС	88,789
длина трубы	lтр,м	2,5

Таблица 3.3 - Алгоритм и результаты расчета основных тепловых характеристик навесного конвектора

Число Рейнольдса для горячего теплоносителя (воды)		Re = (wcрЧdэ)/mвод	8 815,07
Температуропроводность горячего теплоносителя (воды)	м2/c	aвод = лвод/(cводЧrвод)	1,37
Критерий Прандтля		Pr = mвод/aвод	2,33
Критерий Нуссельта		Nu = 0,023ЧRe0,8ЧPr0,43	473,95
Коэффициент теплоотдачи A1	Вт/(м2ЧєС)	A1 = NuЧlвод/dэ	14 467,97
Расчет коэффициента теплоотдачи A2тр от наружной поверхности неоребренного участка стенки трубы нагревательного элемента конвектора холодному теплоносителю (воздуху) окружающей среды
Объемный расход горячего теплоносителя (воды)	м3/с	Vвод = wcрЧрЧdвн2/4	5,23798E-05
Мощность теплового потока от горячего теплоносителя (воды)	Вт	Nгт = VводЧCводЧ(tвх- tвых)	0,267682564
Величина теплового потока от горячего теплоносителя (воды)	Дж	Q = NгтЧ(lтр/wcр)	0,451
Средняя температура горячего теплоносителя (воды)	єС	tср= (tвх + tвых)/2	89,3945
Температура внутренней поверхности стенки трубы	єС	tвн = tср -- Q/[(A1ЧрЧdэЧlтр)Ч(lтр/wcр)]	89,39437595
Температура наружной поверхности стенки трубы	єС	tн = tвн -- QЧ[ln(dн/dэ)/(2ЧрЧlтрЧlтр)]	89,29562303
Температурный напор между наружной стенкой трубы и холодным теплоносителем (воздухом) окружающей среды	єС	?tтр = tн - tвоз	69,29562303
Критерий Грасгофа		Gr = lтр3ЧgЧbвозЧ?tтр/mвоз2	1,630Ч1015
Критерий Нуссельта		Nu = 1,18Ч(GrЧPr)0,125	94,06
Коэффициент теплоотдачи A2тр	Вт/(м2ЧєС)	A2тр = NuЧlвоз/dн	119,33
Расчет коэффициента теплоотдачи A2трк(рабу) от наружных поверхностей оребренных накладок трубы нагревательного элемента конвектора холодному теплоносителю (воздуху) окружающей среды
Температура наружной поверхности стенки трубы оребренного (рабочего) участка конвектора (наружных поверхностей оребренных накладок)	єС	t1 = tвн - [Q/(2ЧрЧlтр)]Ч Ч{ln(d1/dэ)/l1+ +ln[(d1+2Чdпр1)/d1]/lпр1+ + ln[(d1 + 2Чdпр1 + 2Чd5)/ /(d1 + 2Чdпр1)]/ l2}	84,4
Температурный напор между наружной поверхностью оребренных накладок оребренного (рабочего) участка конвектора и холодным теплоносителем (воздухом) окружающей среды	єС	?t1 = t1 - tвоз	64,4
Критерий Грасгофа		Gr = lтр3ЧgЧbвозЧ?t1/mвоз2	1,595Ч1015
Критерий Нуссельта		Nu = 1,18Ч(GrЧPr)0,125	93,81
Коэффициент теплоотдачи A	Вт/(м2ЧєС)	A = NuЧlвоз/d1	95,21
Расчет коэффициента теплоотдачи от наружной поверхности пластины конвектора холодному теплоносителю (воздуху) окружающей среды
Внутренний диаметр пластины конвектора (равен наружному диаметру трубы оребренного участка нагревательного элемента конвектора dн)	м	dп = dн= d1 + 2Чdпр1 + 2Чd5	0,0335
Температура наружной поверхности пластины конвектора при	єС	tпл = t1- [Q/(2ЧрЧlтр)]Ч Ч{ln[dпл1/dн]/(lвоз) + + ln(dпл2/dпл1)/(lпл)}	78,531
Температурный напор между наружной стенкой пластины конвектора и холодным теплоносителем (воздухом) окружающей среды	єС	?tпл= tпл - tвоз	58,531
Критерий Грасгофа		Gr = lтр3ЧgЧbвозЧ?tпл/mвоз2	1,450Ч1015
Критерий Нуссельта		Nu = 1,18Ч(GrЧPr)0,125	92,69
Коэффициент теплоотдачи А2пл	Вт/(м2ЧєС)	A2пл = NuЧlвоз/dпл2	37,24
Расчет мощности теплоотдачи N1 с одного погонного метра поверхности наружной стенки трубы теплопровода
Конвекционная теплоотдача трубы теплопровода	Вт/(м2ЧoC)	qкон = 4,1Ч(tн - tвоз)0,25	11,68
Теплоотдача трубы теплопровода при тепловом излучении	Вт/(м2ЧoC)	qизл = 20,4Ч10-8Ч Ч[273 + (tн + tвоз)/2]3	7,06
Общая теплоотдача с 1м2 поверхности трубы теплопровода	Вт/м2	Q = (qкон + qизл)Ч(tн - tвоз)	1 233,31
Площадь наружной поверхности трубы теплопровода при длине lтр=2,5м	м2	S = рЧdнЧlтр	0,2105
Мощность теплоотдачи с поверхности трубы теплопровода	Вт	N = QЧS	259,59
Мощность теплоотдачи N1	Вт/пм	N1 = N/lтр	103,83
Расчет мощности теплоотдачи Nплк пластин конвектора
Конвекционная теплоотдача одной пластины конвектора	Вт/(м2ЧoC)	qпл1 = 4,1Ч(tн - tвоз)0,25	11,34
Теплоотдача одной пластины конвектора при тепловом излучении	Вт/(м2ЧoC)	qпл2 = 20,4Ч10-8Ч Ч[273 + (tн + tвоз)/2]3	6,828
Площадь поверхности одной пластины	м2	Sпл = рЧdпл22/4 - рЧdпл12/4	0,004744
Мощность теплоотдачи одной пластины конвектора	Вт	Nпл = (qпл1 + qпл2)Ч Ч[(tн- tвоз)/2]ЧSпл	2,52
Мощность теплоотдачи Nплк пластин конвектора	Вт	Nплк= nплЧNпл	459,03
Расчет мощности теплоотдачи Nн3 с поверхности неоребренной части трубы нагревательного элемента конвектора
Температура наружной поверхности стенки неоребренной части трубы нагревательного элемента конвектора	єС	tн1 = tвн - QЧln(d1/dэ)/(2ЧрЧlтркЧlтр)	85,813
Конвекционная теплоотдача неоребренной части трубы нагревательного элемента конвектора	Вт/(м2ЧoC)	qн1 = 4,1Ч(tн1 - tвоз)0,25	11,678
Длина неоребренной части трубы нагревательного элемента конвектора	м	lн1 = lпр + lзаг	0,57286
Площадь поверхности неоребренной части трубы нагревательного элемента конвектора	м2	Sн1 = рЧd1Чlн1	0,0482
Мощность конвекционной теплоотдачи с поверхности неоребренной части трубы конвектора	Вт	Nн1 = qн1Ч(tн1 - tвоз)ЧSн1	37,07
Теплоотдача неоребренной трубы нагревательного элемента конвектора при тепловом излучении	Вт/(м2ЧoC)	Qн2 = 20,4Ч10-8Ч Ч[273 + (tн1 + tвоз)/2]3	7,06
Мощность теплоотдачи с поверхности неоребренной части трубы нагревательного элемента конвектора при тепловом излучении	Вт	Nн2 = qн2Ч(tн1 - tвоз)ЧSн1	22,42
Полная мощность теплоотдачи Nн3 с поверхности неоребренной части трубы нагревательного элемента конвектора	Вт	Nн3 = Nн2 + Nн1	59,48
Расчет мощности теплоотдачи с наружной поверхности оребренного участка трубы нагревательного элемента конвектора
Длина оребренного (рабочего) участка трубы нагревательного элемента	м	L1= dплЧnсек + dЧ(nпл - nсек)	1,0810
Конвекционная теплоотдача с чистой поверхности оребренного участка трубы нагревательного элемента	Вт/(м2ЧoC)	qр1 = 4,1Ч[t1- tвоз]0,25	11,615
Длина неоребренной части рабочего оребренного участка трубы нагревательного элемента	м	lр1= nплЧd - nсекЧ(d - dпл) + nсекЧlн- dплЧnпл	1,012
Площадь поверхности неоребренной части рабочего оребренного участка трубы нагревательного элемента	м2	Sр1=рЧdнЧ lр1	0,1065
Мощность конвекционной теплоотдачи с поверхности неоребренной части рабочего оребренного участка трубы нагревательного элемента	Вт	Nр1 = qр1Ч[t1 - tвоз]ЧSр1	79,66
Теплоотдача неоребренной части рабочего оребренного участка трубы нагревательного элемента при тепловом излучении	Вт/(м2ЧoC)	qизл1 = 20,4Ч10-8Ч Ч{273 + [t1+ tвоз]/2}3	7,02
Мощность теплоотдачи с поверхности неоребренной части рабочего оребренного участка трубы нагревательного элемента при тепловом излучении	Вт	Nизл1 = qизл1Ч[t1 - tвоз]ЧSр1	48,12
Полная мощность теплоотдачи с поверхности неоребренной части рабочего оребренного участка трубы нагревательного элемента конвектора	Вт	Nр2 = Nр1 +Nизл1	127,78
Сводная таблица основных тепловых характеристик навесного конвектора
Мощность теплоотдачи пластин конвектора	Вт	Nплк	459,03
Мощность теплоотдачи оребренного участка трубы нагревательного элемента конвектора	Вт	Nр2	127,78
Полная мощность теплоотдачи оребренного участка конвектора	Вт	Nк1 = Nплк+ Nр2	586,82
Мощность теплоотдачи неоребренного участка трубы нагревательного элемента конвектора	Вт	Nн3	59,48
Полная мощность теплоотдачи конвектора	Вт	Nк = Nк1 + Nн3	646,3

3.2 Натурные испытания

3.2.1 Общие сведения о проведении лабораторного практикума

Выявление связи между теплоэнергетическим устройством и окружающей средой осуществляется посредством представления ТС в виде «источник энергии-приёмник», где источником энергии является тепло-,механо-,аэрогидравлическая установка, предназначенная для создания условий комфортности в климатизируемом объеме (пространстве), которое, в свою очередь, является приемником энергии.

3.2.1.1 Схемы включения термопар

Рабочий конец термопары погружается в среду, температуру которой требуется измерить. Свободные концы подключаются к вторичному прибору. Если температура свободных концов постоянна и известна, то подключение может быть сделано медным проводом, а если не постоянна и неизвестна, то оно выполняется специальными удлинительными (компенсационными) проводами. В качестве последних используются два провода из различных материалов. Провода подбираются так, чтобы в паре между собой они имели такие же термоэлектрические свойства, как и рабочая термопара. При подсоединении к термопаре компенсационные провода удлиняют ее и дают возможность отвести холодный спай до измерительного прибора.

3.2.1.2 Удлинительные провода

Стандартные удлинительные провода маркируются. При включении этих проводов в цепь ТП необходимо соблюдать полярность, иначе при измерениях возникает погрешность, равная удвоенной погрешности, которую старались устранить с помощью удлинительных проводов. Промышленность выпускает удлинительные провода в виде скомплектованного (двухжильного) кабеля с жилами различных цветов.

В связи с высокой стоимостью термопарных кабелей по сравнению, например, с медными при значительной удаленности прибора от датчика более целесообразно в ряде случаев присоединение датчика к прибору осуществлять четырехжильным медным кабелем. При этом две жилы кабеля подключаются к термоэлектродам термопары, а две - к термосопротивлению, контролирующему температуру свободных концов термопары. Как в этом случае, так и при подключении термопары непосредственно к зажимам прибора, необходимо обеспечить хороший тепловой контакт термосопротивления с выводами термопары.

При измерении температуры до +600°С более предпочтительным является использование термопары ХК(L), имеющей в 1,5…2 раза большую термо-ЭДС, чем ХА(K).

Основные характеристики термопар и удлинительных проводов представлены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 - Основные характеристики термопар и удлинительных проводов

Хромель-алюмель	Термопара
ХА (К)	Условное обозначение НСХ
Хромель (89%Ni+9,8% Cr+1% Fe+ 0,2% Mn)	положительного	Материал термоэлектрода
Алюмель (94% Ni+2% Al+ 2,5% Mn+1% Si+ 0,5% Fe)	отрицательного
Медь М,красный или разовый	положительного	Материал удлинительного провода, марка и цвет оплетки
Константан (42%Ni+58%Cu), коричневый	отрицательного
4,10 ± 0,16	ТермоЭДС, мВ при t=100°С, t0=0°C
0,52	1	Сопротивление 1 м · Ом для сечения, мм2

3.2.1.3 Градуировка термопар

Для получения надежных результатов измерений температуры с помощью термопар необходима не только предварительная градуировка термопар перед работой, но и периодическая проверка этой градуировки в процессе их использования.

Градуировка термопар производится в специальных учреждениях или непосредственно в лабораторных условиях. Она состоит в сличении показаний изготовленной термопары с показаниями эталонной (термометра сопротивления). При низких температурах могут быть использованы образцовые ртутные термометры.

Для градуировки термопар из сплавов «хромель - алюмель» проводятся эксперименты. Во время опыта измеряется обыкновенная вода с температурой от 0 до 100 градусов. В стеклянную емкость с водой помещаются термопара спаянным концом и стеклянный ртутный термометр. Свободные концы подключаются на клеммы аналагово-цифрового преобразователя, в котором происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой, вывод которого на экран монитора показаний термопар через специально разработанную программу под термопары. Экспериментально нашли значения ЭДС для 5 точек при 0, 20, 40, 60, 80, 100 0С. Используя результаты построили графики (на рис. 2.3 и 2.4) зависимости термоЭДС от температуры. Опыт проводился два раза, так требовалось сделать градуировку для двух комплектов термопар (рисунок 3.1 и рисунок 3.2).

Рисунок 3.1- График зависимости термоЭДС от температуры жидкости

Рисунок 3.2 - График зависимости термоЭДС от температуры жидкости

На рисунке 3.1 и 3.2 показана функциональная зависимость, предназначенная для градуировки хромель-алюмелевых термопар. Экспериментальные данные по напряжению и соответствующей ей температуре сформированы в таблице 3.5 и 3.6.

Таблица 3.5 - Данные градуировки термопар (0,1,2,3,4)

№	1	2	3	4	5	6
Температура, 0С	0	20	40	60	80	100
ТермоЭДС, мВ	-0,85	-0,03	0,79	1,61	2,43	3,25

Таблица 3.6 - Данные градуировки термопар (5,6,7)

№	1	2	3	4	5	6
Температура, 0С	0	20	40	60	80	100
ТермоЭДС, мВ	-0,75	0,03	0,81	1,59	2,37	3,15

Аппроксимацией функции получены уравнения (3.1) перевода из мВ в t, °С по экспериментальным данным из таблицы 3.5 и 3.6.

t = 24,51E + 20,912 (3.1)

t = 25,063*E + 18,797 (3.2)

где Е - напряжение, мВ.

В данной работе для перехода от термоЭДС к температуре приняли 10С = 0,04 мВ

3.2.1.4 Инструкция по проведению опытов

Лабораторная работа выполняется группой студентов в количестве 10-14 человек под руководством преподавателя. В начале занятия студенты опрашиваются преподавателем по теории соответствующей лабораторной работы и порядке её выполнения, которые коротко изложены в настоящих методических указаниях. По окончании эксперимента результаты наблюдений, оформленные в виде таблиц, предъявляются преподавателю.

При выполнении очередной работы студенты должны представить преподавателю отчет по предыдущей работе.

Отчет по каждой лабораторной работе, в который входит как текстовая так и графическая части, должен грамотно оформляться на стандартных листах белой бумаги А4 (210х297 мм), сброшюрованных с титульным листом (см. образец) в соответствии с ГОСТ 19600-74 и на твердых носителях информации. В печатном варианте отчет должен быть отпечатан либо через один, либо полтора межстрочных интервала, одновременное использование двух вариантов не допускается. Нумерация страниц оформляется по центру внизу страницы. По всем четырем сторонам листа следует оставить поля: размер левого поля 30 мм, правого 15 мм, верхнего и нижнего полей не менее 20 мм. Текстовые документы оформляют в виде сброшюрованной пояснительной записки. В сквозную нумерацию страниц включаются приложения и список литературы, а также исполненные на отдельных листах рисунки, графики, диаграммы, таблицы и компьютерные распечатки формата А4.

В отчете должны быть отражены следующие пункты:

1) цель работы и задачи исследований;

2) краткое изложение теории по сути исследований;

3)принципиальная схема лабораторной установки или ее участка с краткими пояснениями о ее функционировании;

4)таблицы с результатами наблюдений и методология последующей математической их обработки;

5)графическая иллюстрация главных положений по результатам расчетно-экспериментальных исследований;

6)основные выводы, непосредственно вытекающие из результатов работы.

Над каждым столбцом в таблице необходимо указать, какие величины приведены в таблице и в каких единицах.

Графический материал, приведенный в отчете, должен удовлетворять следующим требованиям:

-графики выполняются в электронном виде и распечатываются на отдельных листах бумаги;

-графики должны быть занумерованы и иметь названия;

-если на одном графике приводятся результаты нескольких экспериментов, отличающихся условиями их проведения или опытными образцами, то для отметки экспериментальных точек следует пользоваться различными значками;

-графики должны сопровождаться объяснениями обозначений нанесенных точек;

- на осях графика следует указывать название или символ величины и единицы ее измерения, при этом, если измеряемые величины отличаются на много порядков от 1, то целесообразно представить их в форме с десятичным множителем (например, P*10-5 Па и т. д.);

-если на графике для сравнения с экспериментом приводится теоретическая кривая, то расчетные точки, используемые для ее построения, не должны быть видны на графике;

- кривые должны быть проведены плавно, через возможно большее число точек.

Графики должны быть наглядными, удобными и легко читаемыми. Это во многом зависит от удачной разметки осей графика, т. е. от правильного выбора масштаба и диапазона (интервала), в котором представляется исследуемая величина. Масштаб должен быть простым. Лучше всего, когда одному сантиметру (1 см) оси соответствует единица измеренной величины или ее значение, кратное 10. Возможен также масштаб, кратный 2 или 5.

Выбор начального и конечного значения шкалы на осях производится из условий более полного использования всего поля графика.

3.3 Алгоритм включения ЭТГК в работу

0. Формирование таблиц экспериментальных данных и разбиение на подгруппы;

1. Регулировка арматуры для работы необходимого циркуляционного контура;

2. Заполнение установки сетевой водой до давления в верхнем манометре, заданного преподавателем (от 0,1 до 0,3) с помощью открывания шарового крана, расположенного на трубопроводе, соединенного с системой отопления;

3. Включить в сеть установку (включить подачу электрической энергии на установку) (на 3-хфазном выключателе поднять вверх рычажки желтого и зеленого цвета);

4. Задать на блоке автоматики температуру нагрева, заданную преподавателем (от 0 до 100), и поднять вверх рубильник, после чего начнет работать теплогенерирующая установка;

5. Настроить насос на режим, заданный преподавателем (изменить угол поворота шарового крана от 0-900);

6. Включить циркуляционный насос, заранее выбрав необходимую скорость его работы (переключение скоростей производить только при отключении подачи электрической энергии насосу);

7. Включить компьютеры (нажать на системном блоке кнопку «пуск»);

8. На компьютере открыть программу 7018rec (из папки «эксперименты», находящейся на рабочем столе);

9. Запускается специальное приложение «7018rec» на компьютере ( путь к файлу С:\лабораторная работа\эксперимент\7018rec), с помощью которой происходит сохранение данных, полученных термопарами, подключенными к блоку «ТГ» и блоку «Конвекторы». Настройка программы постоянна (не изменять).

10. Включить кнопку «startrecord» для фиксации показаний термопар, убедившись в том, что термопары отображаются в программе виде галочек напротив названий термопар.

11. При отсутствии галочек в ячейках напротив названий термопар в программе, необходимо проверить включен ли блок АЦП, не нарушился ли контакт в месте соединения кабеля от блока питания с проводом от АЦП (показатель работы АЦП-горящие красным цветом кнопки на блоках). Если кнопки горят, но термопары не отображаются, тогда надо зайти в свойства «мой компьютер», далее зайти в «оборудование», найти «порты», проверить, что помимо работающего порта принтера и порта кабеля от АЦП больше нет работающих портов (при наличии удалить), и проверить, что порт от кабеля блока АЦП является портом COM-1, если порт с другим обозначением, тогда зайти в свойства порта и изменить на COM-1 и перезагрузить компьютер.

12. Снять показания при начальных условиях (показания с манометров, расходомера, амперметра, температур ограждения, тепловыделяющих устройств в помещении и т.д.).

12. Обработать матрицы экспериментальных данных;

13. Выполнить расчеты, заданные преподавателем.

Примечание:

Для того, чтобы обработать данные, полученные блоками АЦП, необходимо открыть записанный файл (он автоматически сохраняется в папке с программой и определить его можно по дате сохранения/изменения) в программе MSEXCEL. Для начала открывают программу и потом с помощью следующих операций: «файл» далее «открыть» далее изменить формат поиска файлов на «все форматы» найти путь сохранения файла и открыть его. После чего появляется окно, в котором ничего не изменяя нажимать «далее» пока не появится таблица с данными. В появившейся таблице будет ~9 столбцов , первый из которых «Время» а остальные столбцы - это данные термопар с нулевой по седьмую. Далее выделяется область данных (полностью), например с помощью команды сtrl+А и выполняют команду ctrl+F. Далее переходят в открывшемся окне во вкладку «Найти и заменить» и прописывают в первой ячейке знак запятой «,» а в нижней ячейке знак точки «.». После чего полученные данные необходимо оформить в виде температур (за исключением показания первого столбца) следующим образом: на пустой ячейке пишут знак «=» и вводят следующую формулу: 24,53*x+27,3, где x-показания термопар.

4. ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

4.1 Гидравлический расчет

4.1.1 Тепловая сеть

Представим алгоритм обработки экспериментальных результатов сформированных в матрицах. В качестве примера производится расчет режима №2 с характеристиками указанными в главе 2. На базе проведенных экспериментов и анализа литературы сформирована методика расчета потерь механической энергии.

В результате рассчитываются потери напора в электротеплогенераторе, совершаемая механическая работа на проталкивание рабочего тела. Определяются условия образования гравитационного режима и вычисляется коэффициент трансформации механической энергии.

Алгоритм расчета для режима №2

Для удобства делим теплогенератор на четыре участка.

Участок 0-1.

Общие исходные данные:

Температура жидкости tж = 20°С

Геометрические параметры теплогенератора

Расход жидкости G=966 кг/ч

Диаметр входного патрубка d1=0,021м

Диаметр корпуса ЭТГ d2=0,032м

Плотность жидкости при температуре среды tж=20°С > с=998,2 кг/м3

На этом участке происходит внезапное расширение потока. Вода из входящего патрубка, поступает в теплогенератор, внизу у которого установлены тенны, которые измеряют ЭДС.

 (4.1)

Скорость движения теплоносителя находим по формуле (4.2):

(4.2)

Зная скорость теплоносителя и значение коэффициента местных сопротивлений, можно найти потери механической энергии по формуле (4.3):

,м. (4.3)

Для определения характера движения теплоносителя находим число Рейнольдса. При Re>2300 -режим движения теплоносителя турбулентный, если, если Re<2300 режим движения теплоносителя будет ламинарным.

(4.4)

Re =16209 > 2300, следовательно режим движения жидкости турбулентный.

Так как режим движения теплоносителя турбулентный, коэффициент гидравлического трения находим по формуле (4.5):

. (4.5)

Удельные потери давления на трение равны нулю, поэтому суммарные потери давления на участке 0-1:

,м. (4.6)

Потери механической энергии по уравнение Бернулли:

(4.7)

Участок 1-2.

Температура жидкости tж = 20 °С

Плотность жидкости при температуре среды tж=20 °С > с =998,2 кг/м3

На этом участке происходит поворот потока жидкости на 90° и подъем на высоту.

Коэффициент местных сопротивлений .

Скорость воды на участке 1-2:

(4.8)

Потери механической энергии для данного участка теплогенератора:

(4.9)

Число Рейнольдса:

(4.10)

Re =16209 > 2300, следовательно режим движения жидкости турбулентный.

Коэффициент гидравлического трения:

(4.11)

Удельные потери давления на трение:

(4.12)

Суммарные потери давления для участка 1-2:

,м. (4.13)

Потери механической энергии по уравнение Бернулли:

(4.14)

Участок 2-3.

Температура жидкости tж = 20 °С

Диаметр корпуса ЭТГ d1=0,032м

Диаметр корпуса ЭТГ d2=0,08м

Плотность жидкости при температуре среды tж=20 °С > с= 998,2 кг/м3

На этом участке происходит внезапное расширение потока, происходит увеличение диаметра трубы с 32мм до 80 мм.

Находим значение коэффициентов местных сопротивлений:

 (4.15)

Скорость теплоносителя на участке 2-3:

(4.16)

Потери механической энергии:

(4.17)

Число Рейнольдса:

(4.18)

Re =16209 > 2300, следовательно режим движения жидкости турбулентный, поэтому коэффициент гидравлического трения находиться на участке 2-3 по формуле (4.19):

(4.19)

Удельные потери давления на трение:

(4.20)

Суммарные потери давления для участка 2-3 теплогенератора:

,м. (4.21)

Потери механической энергии по уравнение Бернулли:

(4.22)

Участок 3-4.

Температура жидкости tж = 20°С

Диаметр корпуса ЭТГ d1=0,08м

Диаметр корпуса ЭТГ d2=0,021м

Плотность жидкости при температуре среды tж=20°С > с =998,2 кг/м3

На этом участке происходит внезапное сужение потока, диаметр трубопровода уменьшается с 80 мм до 21 мм.

Находим значение сопротивления:

(4.23)

Скорость теплоносителя:

(4.24)

Потери механической энергии:

(4.25)

Число Рейнольдса:

(4.26)

Коэффициент гидравлического трения:

(4.27)

Удельные потери давления на участке равны нулю.

Суммарные потери давления:

,м (4.28)

Потери механической энергии по уравнение Бернулли:

(4.29)

Теперь нам необходимо найти число кавитации [5]. Кавитацию рассмотрим на примере участка 3-4. Для нахождения числа кавитации необходимо знать абсолютное давление и давление насыщенных паров.

Абсолютное давление находиться по формуле:

,Па (4.30)

29000 Па - экспериментальные данные, показания манометра. Атмосферное давление принимаем равным 105 Па.

Из эксперимента получена зависимость для расчета диссипационных потерь напора в теплогнераторе от расхода жидкости. Так как существующие формулы Дарси - Вейсбаха не отражают реальной картины.

Зависимость, описывающая изменение потерь напора при разных расходах расчитаных по формуле Дарси - Вейсбаха:

(4.31)

Формула полученная из эксперимента:

(4.32)

Механическая работа в теплогенераторе находится по формуле:

(4.33)

4.1.2 Конвектор

4.1.2.1 Расчет потерь механической работы и потери напора

Потери механической энергии в проточной части конвекторов можно найти по формуле Дарси-Вейсбаха:

, м (4.34)

где л - коэффициент гидравлического трения;

- длина участка, м;

- диаметр трубопровода, м;

- скорость теплоносителя, м/с;

- ускорение свободного падения, м2/с.

Потери давления по длине участка =0.016511556Па;

Потери давления в местных сопротивлениях ?h=0.000133089 м.

Суммарные потери давления на участке:

, м (4.35)

Где - удельные потери давления на трение, Па/м;

- длина участка, м;

- потери механической энергии, м;

=0.01664464Па

Удельные потери давления на трение:

, Па/м (4.36)

где л - коэффициент гидравлического трения;

- длина участка, м;

- диаметр трубопровода, м;

- скорость теплоносителя, м/с;

- ускорение свободного падения, м2/с;

R=0.07862646 Па/м.

Коэффициент гидравлического трения при турбулентном режиме:

(4.37)

где - эквивалентная шероховатость стальных труб после нескольких лет эксплуатации, ;

- число Рейнольдса.

л=0.049919658.

Абсолютное давление:

, Па (4.38)

где - атмосферное давление, Па;

- избыточное давление, Па;

Pабс=134500Па.

Уравнение Бернулли:

(4.39)

где - коэффициенты Кориолиса;

средние скорости потока жидкости на входе и выходе;

- давление на входе и выходе;

- геометрические отметки на входе и выходе;

- удельный вес жидкости на входе и выходе;

hвх.вых.=0.37510187м.в.ст.

Механическая работа находится по формуле:

(4.40)

Где - коэффициенты Кориолиса;

средние скорости потока жидкости на входе и выходе, м/с;

- давление на выходе, МПа;

- удельный вес жидкости кг м/с;

геометрические отметки на входе и выходе, м;

- продолжительность работы установки с источником ,с;

- расход теплоносителя, кг/ч;

- ускорение свободного падения, м2/с.

?L=0,35088447Дж.

Коэффициент трансформации механической энергии:

(4.41)

где - Удельная энергия механического потока, Дж/°С;

- Удельная энергия от механических потерь, Дж/°С;

Кмехтрансф=0,99980239.

Таблица 4.1 - Расчет сечения конвектора

S1	0,000452	м2
S2	0,000452	м2
S3	0,000452	м2

Таблица 4.2 - Результаты расчета потерь давления по сечениям проточной части конвектора

Сечение

плотность воды

длина

высота от уровня пола

внутренний диаметр

площадь живого сечения

расход воды

расход воды

расход воды

скорость воды

давление по термоманометру

давление по термоманометру

Потери давления по длине участка

с

l

z

d

F

G

G

G

V

P

P

Rl

кг/ мі

м

м

м

мІ

мі/ч

мі/с

кг/ч

м/с

МПа

Па

Па

1-2

998,23

0,21

1,1

0,0144

0,000162778

0,087

2,41667E-05

86,84601

0,148464326

0,09

90

0,016511556

2-3

998,23

0,21

0,75

0,0144

0,000162778

0,087

2,41667E-05

86,84601

0,148464326

0,09

90

0,016511556

Таблица 4.3 - Результаты расчета потерь механической работы по сечениям проточной части конвектора

Сумма коэффициентов местных сопротивлений	Потери давления в местных сопротивлениях	Суммарные потери давления на участке	Число Рейнольдса	кинематическая вязкость	Коэффициент гидравлического трения	Удельные потери давления на трение	Абсолютное давление	Потери механической энергии	Уравнение Бернулли	Механическая работа, Дж	Удельная энергия механического потока	Удельная энергия от механических потерь	Коэффициент трансформации
Уо	hм.с.	Rl+h	Re	н	л	R	Рабс	Дh
	м	Па		м2/с		Па/м	Па	м	м	Дж	Дж/оС	Дж/0С
0.1184666	0.000133089	0.016644644	2125.135481	0.000001006	0.049919658	0.078626456	134500.003	1.587854888	0.375101874	0.35088447	376623.9	880.945	0.995332802
0.1184666	0.000133089	0.016644644	2125.135481	0.000001006	0.049919658	0.078626456	134500.0015	1.587854888	0.375101874

Вывод: проведен эксперимент блока №2 «Конвектор».Произведено измерение температур и плотности теплового потока с конвектора по 5 точкам, сделан расчет потока теплоты, расчет потерь механической работы по сечениям проточной части конвектора.

4.2 Тепловой расчет

Конвекция - это перенос теплоты при перемещении и перемешивании всей массы неравномерно нагретых жидкости или газа.

Теплопередача - передача теплоты от горячей подвижной среды к холодной подвижной среде через твердую неподвижную стенку любой формы.

После завершения съема экспериментальной информации студент переходит к анализу полученных данных и на основании их к решению поставленных преподавателем задач.

Примерный перечень задач:

1. Определить коэффициенты преобразования и трансформации энергии в основных функциональных блоках ТС;

1.1 Определить коэффициент преобразования энергии в ТГ;

1.1.1 Определить входящие и выходящие потоки энергии в блокеТГ;

1.2 Определить коэффициент трансформации энергии в ТеС;

1.1.2 Определить входящие и выходящие потоки энергии в блокеТеС;

1.3. Определить коэффициент трансформации энергии в К;

1.1.3 Определить входящие и выходящие потоки энергии в блокеК;

1.4 Определить коэффициент преобразования энергии в ЭН;

1.1.4 Определить входящие и выходящие потоки энергии в блокеЭН;

1.5 Определить коэффициент трансформации энергии в КП;

1.1.5 Определить входящие и выходящие потоки энергии в блокеКП;

2 Определить суммарную энергию, поступающую в блок КП;

3 Определить диссипационные составляющие энергии в ТС;

3.1 Определить диссипационные составляющие энергии в блокеТГ;

3.2 Определить диссипационные составляющие энергии в блокеК;

3.3 Определить диссипационные составляющие энергии в блокеЭН;

3.4 Определить диссипационные составляющие энергии в блокеКП;

4 Рассчитать энергетический баланс ТС.

4.1 Определить пространство-состояние ТС.

В качестве примера приведем результаты расчета теплопередачи от ЭТГК в КП (раздел 4.1) и расчеты диссипационных составляющих энергии в блоке КП (раздел 4.2) и определения пространство-состояния ТС (раздел 4.3).

4.2.1 Теория подобия в теплопередаче

Методика расчета операторов ,, (рис.2.1) заключается в использовании теории подобия. Для того, чтобы математически смоделировать процесс теплопередачи, выпишем все необходимые для расчета формулы (таблице 4.4).

Примечания:

Температуры участков ЭТГК являются среднеарифметическим показателем температур по точкам ЭТГК.

Таблица 4.4 - Система уравнений связи между для расчета полного теплового потока от каждого блока и всего электро-теплогидравлического конвектора в помещение

Наим.величины	Формула для вычисления	Ед.изм.
1	2	3
Расчет полного теплового потока		Вт(Дж/с)
Расчет конвективной составляющей теплового потока		Вт
Коэффициент теплопередачи от греющего теплоносителя через стенку к воздуху	где бвн и бн - коэффициенты теплоотдачи со стороны площадей внутренней Fвн и наружной Fн поверхностей нагрева, д - толщина стенки трубчатой поверхности, м, л - коэффициент теплопроводности металла (табличная величина), Вт/(м2*оС) зр - коэффициент эффективной передачи теплоты с помощью ребра.	Вт/(мІ*°С)
Коэффициент эффективной передачи теплоты с помощью ребра	ггде tf1 - температура основания ребра, t ср - средняя температура ребра, t - температура воздуха с внешней стороны	-
Площадь наружной и внутренней поверхности нагрева	где b - ширина ребра, м, h - высота ребра, м, dн - наружный диаметр трубы, проходящей через конвектор, м, dвн - внутренний диаметр трубы, проходящей через конвектор, м,l - длина трубы, проходящей через конвектор, м, m - количество труб, проходящих через конвектор, шт, n - количество ребер, шт.	мІ
Характерный размер для расчета полного теплопого потока		мІ
Расчет части теплового потока излучением		Вт
Коэффициент теплоотдачи жидкости		Вт/(мІ*°С)
Число Рейнольдса , описывающее характер движения жидкости		--
Скорость движения теплоносителя		м/с
Площадь сечения трубопровода		мІ
Радиус трубопровода		м
Плотность теплоносителя		кг/мі
Коэффициент кинематической вязскости жидкости		мІ/с
Температура жидкости	tж-среднеарифметическое значение между температурами подающего и обратного трубопроводов	°С
Число Нуссельта для жидкости при вынужденной конвекции	если (Re<=2300) (литература)	--
	если (2300<=Re<10000) (литература)
	если (Re=>10000) (литература)
Расчет критерия Прандтля для потока жидкости		-
Температуропроводность жидкости		мІ/с
Теплопроводность жидкости		Вт/(мІ*°С)
Теплоемкость жидкости в зависимости от температуры по экспериментальной зависимости		кДж/кг*єC
Расчет критерия Прандтля для потока жидкости
Плотность жидкости в зависимости от температуры стенки		кг/мі
Коэффициент кинематической вязскости жидкости при температуре стенки		мІ/с
Расчет критерия Грасгофа влияющего на величину безразмерного коэффициента теплоотдачи		-
Расчет коэффициента объемного расширения		1/К
Ускорение свободного падения	9,81	м/сІ
Определяющий размер для расчета вынужденной конвекции		м
Определяющая температура для расчета вынужденной конвекции		єC
Коэффициент теплоотдачи стенки		мІ/с
Число Нуссельта для жидкости при етественной конвекции	0,001<(Gr ·Pr) <500 (литература)	-
	500<(Gr ·Pr) <20000000 (литература)
	(Gr ·Pr)>20000000 (литература)
Расчет критерия Прандтля воздуха при температуре воздуха		-
Коэффициент кинематической вязскости воздуха при температуре воздуха		мІ/с
Определяющий размер для расчета естественной конвекции		м
Определяющая температура для расчета естественной конвекции		єC

Матрица исходных для задачи:

Определение средних параметров

Участок 1-2 Входной патрубок

dн =0,026 м - наружный диаметр корпуса ЭТГ

dвн = 0,021 м - внутренний диаметр корпуса ЭТГ м

Участок 2-3 Участок с электродами

dн =0,089 м - наружный диаметр корпуса ЭТГ м

dвн = 0,080 м - внутренний диаметр корпуса ЭТГ

Участок 1-2 Выходной патрубок

dн =0,026 м - наружный диаметр корпуса ЭТГ

dвн = 0,021 м - внутренний диаметр корпуса ЭТГ м

Картина изменения температуры в местах установки термопар по времени в ЭТГ представлена на рисунке 4.1.

Заполнение матрицы с семью элементам выполняется с помощью системы аналог-код 7 . Матрица содержит показания восьми термопар для каждого из режимов работы ЭТГ.

На рисунке 4.1 представлен нестационарный режим нагрева. Данные с датчиков температур.

Рисунок 4.1 - Нестационарный режим нагрева. Данные с датчиков температур

Характеристики опыта:

Средняя температура потока жидкости за время нагрева. Температура изменяется во времени . Осреднение проведено по времени и по поверхности, по зависимости. Из эксперимента определены температуры в местах установки термопар.

(4.41)

Температура стенки принималась 0С

Характер движения жидкости определен по числу Рейнольдса. В расчетах используется средняя скорость по сечениям 1-1; 2-2; 3-3. Участок внезапного расширения 1-1, корпус 1-2 и внезапное сужение 1-3 (2).

Число Рейнольдса определяется по зависимости при скорости ,м/с.

(4.42)

Значения кинематической вязкости и диаметра были взяты из матрицы входных параметров ( 0 ) где - скорость движения теплоносителя в теплогенераторе средняя скорость в сечениях 1-1; 2-2; 3-3.

Коэффициент кинематической вязкости определен по средней температуре потока жидкости

(4.43)

Коэффициент теплопроводности стали изменяется от температуры среды, Вт/м*0С,

(4.44)

Коэффициент динамической вязкости определен по формуле (4.1) в зависимости от плотности и кинематической вязкости при средней температуре

(4.45)

(4.46)

Коэффициент объемного расширения воздуха в зависимости от температуры стенки определяется ниже

(4.47)

Средняя температура наружного воздуха в помещении принята 0C

Число Прандтля для жидкости определяется по формуле (4.48):

(4.48)

где - коэффициент температуропроводности определен по формуле (2.5)

,м2/0C (4.49)

Коэффициенты теплопроводности и теплоемкости воды определяются по формулам

(4.50)

Безразмерный коэффициент теплоотдачи от жидкости к стенке определяем с помощью критериальных уравнений, взятых из теории тепломассообмена которые описывают подобные явления Проанализировав в предыдущей работе полученные основные гидродинамические характеристики работы электротеплогенератора, экспериментально-численным путем определены гидравлические режимы. Величина числа Рейнольдса равная 47470 показывает о наличии турбулентного режима движении потока жидкости в теплогенераторе. Коэффициент теплоотдачи для вынужденной конвекции при турбулентном движении жидкости рассчитывается по уравнению [6].

(4.52)

(4.53)

Введем дополнительную поправку на переменность физических свойств капельных жидкостей, получим формулу предложенную Михеевым [6] В качестве определяющей температуры была принята средняя температура потока, а размера - внутренний диаметр трубы. Поправка на изменение коэффициента теплоотдачи в начальном термическом участке является величиной. Число выбирается по средней температуре стенки

Отношение числа Прандтля по температуре потока жидкости и стенки характеризует изменение физических параметров системы по длине.

Коэффициент кинематической вязкости (4.54):

(4.54)

Коэффициент объемного расширения

(4.55)

Средняя температура наружного воздуха в помещении принята 0C

Число Прандтля для температуры стенки определяется по формуле (4.56):

(4.56)

где - коэффициент температуропроводности определен по формуле (4.57):

м2/0C. (4.57)

Коэффициенты теплопроводности и теплоемкости воды определяются по формулам

(4.58)

(4.59)

Рассчитываем параметры теплообмена со стороны воздуха. Плотность воздуха при температуре окружающей среды и температуре стенки

.(4.60)

(4.61)

Коэффициент динамической вязкости воздуха при температурах окружающей среды и стенки и :

(4.62)

Коэффициент динамической вязкости воздуха для температур и определяется по формулам :

(4.63)

(4.64)

Теплопроводность воздуха при средней температуре определяется по формулам:

(4.65)

(4.66)

Теплоемкость воздуха среды для средней температуры воздуха в помещении и у стенки ЭТГ.

(4.67)

(4.68)

Определяющей является температура жидкости за пределами движущегося слоя. Определяющий размер, продольная вдоль потока координата [5]

(4.69)

Коэффициент объемного расширения воздуха для капельных жидкостей .

Определим коэффициент теплоотдачи от стенки теплогенератора к воздуху по средней величине

(4.70)

Для определения безразмерного коэффициента теплоотдачи вычисляем число Прандтля:

(4.71)

(4.72)

Средний коэффициент температуропроводности воздуха при температуре жидкости и стенке вычисляется.